血管内皮细胞的功能——屏障功能

      血管内皮是由不同类型的黏附结构或细胞-细胞连接形成的连续的单层细胞结构。在正常情况下，内皮细胞通过细胞间连接等结构严格限制血液中生物大分子的通过而发挥其屏障作用，内皮细胞的功能状态对血管壁的通透性起决定性作用。当血管内皮屏障功能受损时，血管通透性可以大幅度地增加，通过细胞间缝隙形成等形式使血液中的生物大分子通过，进入内皮下组织或组织间隙，引起细胞外水肿。这是创伤、烧伤、感染、休克等过程中一种常见的病理生理现象，具有重要的临床意义。以下是影响血管内皮屏障作用的因素。
一、内皮细胞管腔面的阴离子屏障
      血管内皮细胞合成的许多蛋白多糖带有负电基团，使得血管内皮表面带有负电荷，由于电荷同性相斥，内皮细胞的管腔表面与血浆中带阴离子的蛋白质，特别是与小分子的白蛋白相斥，构成阴离子屏障。来自体内外的带 阳离子的物质，如血小板激活因子( platelet activating factor, PAF )等，可损伤内皮细胞的阴离子屏障，增加血管内皮的通透性;而带负电荷的物质如肝素等则对内皮细胞的阴离子屏障功能有保护作用。
二、内皮细胞间的连接
      内皮细胞通过复杂的细胞间连接形成连续性单层细胞结构。根据脏器的功能不同，其连接成分、致密程度和数量有较大变化。根据其形态和功能，内皮细胞间的连接方式主要有黏 附连接( adheren junction )、紧密连接( tight junction )和缝隙连接( gap junction )三种形式。内皮通透性的重要结构基础是细胞间连接。在微血管内皮细胞中，黏附连接和紧密连接参与细胞旁转运和细胞间的黏附屏障结构。黏附连接存在于大多数微血管床，是内皮细胞交界处最普遍的类型。黏附连接对白蛋 白( 69000，分子半径为3.6nm )和其他大的蛋白质不通透，是许多器官和组织的内皮屏障大分子的主要决定因素。相比黏附连接，紧密连接在外周微脉管系统中不常见，其主要存在于一些特殊组织的微血管内皮中，例如血脑屏障或血-视网膜屏障。紧密连接的特定屏障功能可防止更小的分子( <1000 )通过以及限制流量小的无机离子(如Nat )。缝隙连接的功能则与相邻动脉内皮细胞间的生化信息相关。
三、内皮细胞与胞外基质的连接
      黏着斑是微血管壁的内皮细胞基底膜与周围 的细胞外基质( extracellular matrix, ECM )之间 的连接。黏着斑的主要结构是整合素( integrin )。整合素家族属于a:/β二聚体糖蛋白的家族。它们细胞内的结构域直接或间接地通过连接蛋白如桩蛋白、踝蛋白、纽蛋白或a-辅肌动蛋白和细胞骨架相互作用。它们的胞外结构域则与各自的基 质蛋白，如纤连蛋白、玻连蛋白( vitronectin )、 胶原蛋白( collagen )、纤维蛋白原( fibrinogen ) 和层粘连蛋白( laminin )相结合。整合素的分子组成取决于细胞外基质的化学和物理状态。血管性内皮细胞表达多种不同的al/p亚基组合的整合 素，包括aβ、aIβ2、 atβs、 a2B1、Qsβ1、 asB1、 asβr、a6β4、 aβ3和aβs。通常情况下，auβ和 al|β2结合胶原蛋白，Q:3β、 Q6β1 和a&β4结合层粘连蛋白，axp结合纤连蛋白，面aB和aB.结合玻连蛋白。许多组合能够识别基质蛋白中的 精氦胶;甘氨酸，天冬氨酸( RCGD)序列，从而能够与细胞外配体结合。
      虽然对于黏着斑确切的功能机制尚未完全阐明，但目前认为细胞.基质局部接触区城的各种物理和化学的信号能够促使整合素参与细胞和细胞外基质之间的信号协调与传导。一方面，ECM.整合素相互作用诱导外部信号进人 ( outside-in )以协助维护内皮屏障的完整性;另一方面，受体与激动剂结合触发内部信号向外 传递( inside-ou)以调节整合素-ECM粘连。这些反应改变了整合素ECM相互作用的模式与强度，并导致黏着斑甚至细胞从ECM脱离。
      黏着斑的改变也可能参与维持细胞骨架张力及内皮细胞的屏障功能。对某些刺激如组胺，整合素-基质结合键的数量和强度均会增加，并进一步通过细胞-细胞连接转导细胞骨架的收缩力，介导细胞骨架蛋白的重新分布及细胞形态的改变，从而影响内皮细胞物质交换的屏障功能。
四、内皮细胞的收缩
      肌动球蛋白( actomyosin )收缩和细胞骨架张力增加是导致内皮高通透性的主要机制。内皮细胞与肌肉细胞类似，肌球蛋白与组成细胞骨架的肌动蛋白相连接，并且以肌动蛋白-肌球蛋白(肌动球蛋白)为基础的收缩活动可使细胞 骨架的张力增加。肌球蛋白轻链2 ( myosin light chain2, MLC2 )的磷酸化增加肌动球蛋白的收 缩力。MLC2 的磷酸化会导致依赖于ATP的肌球蛋白三级结构发生变化以及与肌动蛋白相关的结合位置发生偏移。这种偏移产生的肌动球蛋白收缩力可以增加微丝细胞骨架张力。
      由于微丝细胞骨架与黏着斑连接参与内皮细胞连接，细胞骨架张力的变化直接影响屏障结构和功能。微丝细胞骨架与细胞连接蛋白和黏着班相结合，以黏着斑连接为支点，使细胞骨架张力物理性地拉开细胞与细胞间的连接，并增加血管内皮细胞间通透性。相反，ML.C2去磷酸化则降低肌动球蛋白收缩，放松微丝细胞骨架，并降低内皮细胞通透性。因此，肌动球蛋白收缩和微丝细胞骨架的张力与MLC2的磷酸化状态成正比。 ML.C2被肌球蛋白轻链激酶( myosin light chain kinase, ML.CK )磷酸化，并被肌球蛋白轻链磷 酸酶( myosin light chain phosphatase, MLCP )去磷酸化。内皮细胞正常的生理通透性是由ML.CK和MLCP活性的平衡来维持的。ML.CK/MLCP活性的平衡决定MLC2磷酸化状态的稳态。任何增加ML.CK或减少MLCP的刺激都将增加MLC2的磷酸化和内皮细胞通透性。许多抗炎药和疾病都是通过影响MLC2的磷酸化导致内皮通透性改变。
      与细胞收缩过程相比，细胞的被动回缩则不依赖于MLCK。这个过程可被蛋白激酶C和酪氨酸激酶引起的结合蛋白如vinculin和踝蛋白(talin)的磷酸化所调节。Vinculin分布于肌动蛋白的末端与细胞膜间，可传递张力至细胞膜，在磷酸化的条件下调节细胞间的回缩。Talin与 vinculin和integrin 相互作用，调节细胞从基质 中回缩。蛋白激酶C ( protein kinase C, PKC ) 也使钙调结合蛋白( caldesmon )和波形蛋白vimentin)磷酸化，此二者为内皮细胞骨架蛋白质，对细胞形态有重要影响。因此，某些骨架蛋白质的磷酸化可引起细胞间及细胞-基质间的连接减弱，从而致细胞回缩和细胞间缝隙形成。
五、影响内皮细胞通透性的因素
      血管壁通透性的调节依赖于内皮细胞间的各种连接及细胞的不同功能状态，此二者是血管内外物质交换和主动运输的通透性屏障。内皮细胞的通透性受到许多因素的影响，如各种酶类、内毒素以及Ca2”浓度变化等，均可改变内皮细胞间连接。创伤后血管中血流动力学变化也可引起内皮细胞间连接改变。由炎症因子介导的内皮通透性的增加主要是通过细胞收缩和回缩致内皮细胞间缝隙形成所致，该过程是可逆的。炎症、创伤等过程中，中性粒细胞渗出对内皮细胞间连接和内皮细胞骨架也有影响。另外，还有许多化学因素包括多种神经体液因子和炎性物质如组胺、缓激肽等，也可通过影响内皮细胞的形态和功能，导致血管内皮通透性增加。